逆變器范文10篇

摘要:針對越來越多不平衡負載嚴重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的問題，從逆變器結構本身出發(fā)，提出了五種不同的拓撲結構，分別是帶分裂電容的三相逆變器、帶NFT的三相逆變器、帶D/yn變壓器的三相逆變器、組合式三相逆變器、三相四橋臂逆變器，并且對這五種逆變器的結構特點、優(yōu)缺點進行了詳細的闡述。根據(jù)不平衡負載出現(xiàn)的情況，可以合理的進行選擇。這些逆變器在三相平衡負載、三相不平衡負載等多種情況下都能夠保持良好的動態(tài)特性和電壓輸出特性。

關鍵詞:電能質(zhì)量;不平衡負載;三相逆變器;動態(tài)特性

電力系統(tǒng)主要由兩部分組成:一部分是對稱電路，另外一部分是不對稱電路。普通的對稱三相交流電指的是系統(tǒng)會產(chǎn)生三相幅值相等，相位互差120°的三相正弦交流波形。但是電力系統(tǒng)在實際運行過程中，因為各種原因，例如電線桿倒塌、線路斷路等，都會造成系統(tǒng)輸出的三相交流電不再對稱，整個系統(tǒng)的所有過程，例如電力發(fā)電、輸送電能、分配電能等，都會受到嚴重的影響，形成嚴重的后果［1］。普通的三相電路會產(chǎn)生不對稱三相交流電的原因主要包括兩個方面:第一種情況，系統(tǒng)所給定的三相電源本身就是不對稱的。這種情況指的是電力系統(tǒng)中的A，B，C各相電動勢處于不對稱狀態(tài)，此時，無論系統(tǒng)承接的三相負載阻抗值相等或者不相等，此時產(chǎn)生的電壓波形都是不對稱的三相正弦波。第二種情況，電力系統(tǒng)所連接的三相負載處于不對稱狀態(tài)。這種情況主要是由以下原因造成的［2－4］:第一，三相負載的阻抗值不相等。第二，電力系統(tǒng)處于比較惡劣的環(huán)境(整個線路產(chǎn)生短路或者斷路等故障)下，造成三相負載不再相等。三相負載處于不平衡狀態(tài)時，電力系統(tǒng)就會形成負序以及零序分量。此時，如果三相電源的阻抗值恒等于零，電力系統(tǒng)的功能就不會受到影響。然而，電力系統(tǒng)中的電源內(nèi)部都會存在實際的電抗，必定會引起輸出電壓不再對稱。三相電壓處于不平衡狀態(tài)體現(xiàn)在:1)A，B，C三相電壓的幅值不相等;2)三者的相位不再對稱，產(chǎn)生了一定的偏移;3)上述兩種情況都存在。電力網(wǎng)絡在實際運行中，經(jīng)常會出現(xiàn)三相負載處于不平衡的情況，有時甚至會產(chǎn)生非線性負載。普通的三相電壓型逆變器產(chǎn)生的三相電壓耦合十分緊密，所以，沒有辦法產(chǎn)生對稱的三相交流波形，如果需要解決非線性負載的問題，必須將高次諧波產(chǎn)生的嚴重影響考慮其中。為了解決這些問題，查閱大量資料，解決方案是改變普通逆變器的拓撲結構，主要包括以下幾種。

1帶分裂電容的三相逆變器拓撲結構

帶分裂電容的三相逆變器拓撲結構見圖1.這個逆變器的結構特點是:中間包含兩個串聯(lián)在一起的電容，電源Udc與兩個電容行成的電路進行并聯(lián)，在兩個串聯(lián)的電容之間有一條連接線，這樣的結構使得帶分裂電容的三相逆變器能夠進行三相四線輸出。由于帶分裂電容的三相逆變器在結構上相當于將3個相同的半橋電路相互串聯(lián)，因此，當它連接三相不對稱負載時仍然能夠產(chǎn)生對稱的三相電壓波形［5］。這個逆變器的優(yōu)點主要是:第一，這個逆變器的拓撲結構相對比較簡單;第二，這個逆變器中包含比較少的電子元器件。由于在兩個相互串聯(lián)的電容之間引出了一根連接線，相當于第四條連接線，系統(tǒng)中產(chǎn)生的中性電流就會從第四條連接線中通過，這就要求電力系統(tǒng)中電容的數(shù)值必須準確，才能確保系統(tǒng)產(chǎn)生更高的電能質(zhì)量，電容器的存在相應地會增加整個逆變器的體積。這個逆變器也存在一定的缺點，通過計算可以得到，它對直流母線電壓的使用率是比較低的，基本上只能達到50%的利用率，因此，這個拓撲結構基本上被應用在中型或者小型功率的設備中。

2帶NFT的三相逆變器拓撲結構帶

摘要：研究了一種基于雙環(huán)控制和重復控制的逆變器控制技術，該方案在電流環(huán)和瞬時電壓環(huán)之外附加了一個重復控制環(huán)。在實現(xiàn)輸出電壓解耦和擾動電流補償后，根據(jù)無差拍原理設計的雙環(huán)控制器使逆變器達到了很快的動態(tài)響應速度；位于外層的重復控制器則提高了穩(wěn)態(tài)精度。該方案在一臺基于DSPTMS320F240控制系統(tǒng)的PWM逆變器上得到驗證。

關鍵詞：逆變器；雙環(huán)；無差拍；重復控制

引言

隨著閉環(huán)調(diào)節(jié)PWM逆變器在中小功率場合中的大量使用，對其輸出電壓波形的要求也越來越高。高質(zhì)量的輸出波形不僅要求穩(wěn)態(tài)精度高而且要求動態(tài)響應快。

傳統(tǒng)的單閉環(huán)系統(tǒng)無法充分利用系統(tǒng)的狀態(tài)信息，因此，將輸出反饋改為狀態(tài)反饋，在狀態(tài)空間上通過合理選擇反饋增益矩陣來改變逆變器一對太接近s域虛軸的極點，增加其阻尼，能達到較好的動態(tài)效果[1]。單閉環(huán)在抵抗負載擾動方面與直流電機類似，只有當負載擾動的影響最終在輸出端表現(xiàn)出來以后，才能出現(xiàn)相應的誤差信號激勵調(diào)節(jié)器，增設一個電流環(huán)限制啟動電流和構成電流隨動系統(tǒng)也可以大大加快抵御擾動的動態(tài)過程[2]。瞬時值反饋采取提高系統(tǒng)動態(tài)響應的方法消除跟蹤誤差，但靜態(tài)特性不佳，而基于周期的控制是通過對誤差的周期性補償，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差的效果，它主要分為重復控制[3]和諧波反饋控制[4]。

本文提出了一種基于雙環(huán)控制和重復控制的逆變器控制方案，兼顧逆變器動靜態(tài)效應，另外使用狀態(tài)觀測器提高數(shù)字控制系統(tǒng)性能。

摘要：介紹了一種基于諧波補償?shù)哪孀兤鞑ㄐ慰刂萍夹g，分析了系統(tǒng)的工作原理，詳細探討了控制系統(tǒng)參數(shù)設計方法，并得出了試驗結果。

關鍵詞：諧波補償；逆變器；波形控制

引言

逆變器是一種重要的DC/AC變換裝置。衡量其性能的一個重要指標是輸出電壓波形質(zhì)量，一個好的逆變器，它的輸出電壓波形應該盡量接近正弦，總諧波畸變率（THD）應該盡量小。在實際應用中逆變器經(jīng)常需要接整流型負載，在這種情況下僅僅采用SPWM調(diào)制技術的逆變器，其輸出電壓波形就會產(chǎn)生很大的畸變。

為了得到THD小的輸出電壓，波形控制技術近年來得到了極大的發(fā)展。重復控制[1]是近年來研究得比較多的一種控制方案。本文從諧波補償?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，采用改進型FFT算法對輸出電壓誤差信號進行實時頻譜分析，把由軟件算法產(chǎn)生的經(jīng)過預畸變的諧波信號注入逆變器，由此達到抑制非線性擾動從而校正輸出電壓波形的目的。

1控制系統(tǒng)結構及工作原理分析

摘要：負載串聯(lián)諧振和負載并聯(lián)諧振是常見的感應加熱方式，前者由于具有一系列良好的特性已經(jīng)得到了越來越廣泛的應用。重點介紹了負載串聯(lián)諧振的逆變控制,并給出了相關的實驗結果。

關鍵詞：負載串聯(lián)諧振；頻率跟蹤；延時補償

1概述

逆變電路根據(jù)直流側儲能元件形式的不同，可劃分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路。電流型逆變器給并聯(lián)負載供電，故又稱并聯(lián)諧振逆變器。電壓型逆變器給串聯(lián)負載供電，故又稱串聯(lián)諧振逆變器。

串聯(lián)諧振逆變器在感應加熱領域應用非常廣泛，圖1是它的基本原理圖。它包括直流電壓源，開關S1～S4和RLC串聯(lián)諧振負載。

由于設計的是電壓型負載高頻逆變器，而達到高頻，則要減小開關損耗。減小開關損耗的方法之一就是采用零電流開關。對于串聯(lián)RLC電路，只有在LC串聯(lián)諧振時，使得流過電阻R的電流iR和加在RLC兩端的電壓URLC同步，才能達到零電流開關要求。為此在全橋電路控制方式中，我們選取雙極性控制方式。即開關管Sl和S3，S2和S4同時開通和關斷，其開通時間不超過半個開關周期，即它們的開通角小于180°。

摘要：輔助控制單元ACU（AuxiliaryControlUnit）是輔助逆變器中的重要組成部分，對于地鐵輔助逆變器來說，它的主要功能是將弓網(wǎng)的直流高壓轉(zhuǎn)換為三相交流電，給地鐵上的空調(diào)、照明、空氣壓縮機、電加熱器及監(jiān)控系統(tǒng)等設備供電。隨著應用環(huán)境、控制方式、輕量化、小型化、電磁兼容等各方面的要求，輔助逆變器及其內(nèi)部部件，都在不斷的優(yōu)化升級。本文旨從輕量化、小型化方面去優(yōu)化輔助控制單元的硬件設計。主要針對兩電平電壓型主電路的拓撲結構及地鐵上常用的電流電壓型傳感器，完成ACU的硬件電路設計。

關鍵詞：輔助控制單元；硬件電路設計；輕量化；小型化

1引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，機動車數(shù)量增加造成的交通擁堵已變成日益嚴峻的社會問題，各式各樣的公共交通和出行方式也應運而生，其中地下鐵道（簡稱地鐵）以其運輸量大、準時、速度快、無污染等特點備受政府部門和上班族的喜愛。輔助逆變器作為地鐵車輛的重要核心部件之一，其主要功能是將弓網(wǎng)的直流1500V高壓轉(zhuǎn)換為三相交流電，給地鐵上的空調(diào)、照明、空氣壓縮機、電加熱器及監(jiān)控系統(tǒng)等設備供電。但早期由于技術受限，該設備只能從國外引進。國際上從事相關系統(tǒng)設計制造的公司主要集中在歐洲和日本，在歐洲主要以法國的阿爾斯通、加拿大的龐巴迪、德國的西門子為代表，日本則是以日立、三菱、東芝等著名企業(yè)為代表。阿爾斯通在世界軌道交通行業(yè)擁有超過18%的市場份額，其在技術創(chuàng)新和環(huán)保方面已成為全球軌道交通行業(yè)的領頭羊。法國的巴黎地鐵14號線，被譽為“21世紀地鐵”，它的列車控制系統(tǒng)是當今世界最先進的列車運行控制系統(tǒng)之一。日本具有完備的軌道交通裝備制造體系，其中，日立公司在軌道車輛和電氣設備生產(chǎn)和設計方面居于世界領先地位。我國在購買這些企業(yè)設備的同時也進行了技術引進，經(jīng)過不斷實驗和優(yōu)化升級，逐步走上了輔助逆變器國產(chǎn)化自主研發(fā)的道路，并已經(jīng)大量應用于地鐵上。隨著應用環(huán)境、控制方式、輕量化、小型化、電磁兼容等各方面的要求，輔助逆變器及其內(nèi)部部件，都在不斷的優(yōu)化升級。從輕量化、小型化方面去優(yōu)化輔助控制單元的硬件設計，在保證各功能模塊和接口不變的情況下，盡量多預留多兼容適用于其它控制模式的平臺。同時擬采用底板加小板的架構完成相應功能的設計，將模擬采樣、數(shù)字信號輸入輸出、門極驅(qū)動以及相應的保護和檢測電路集成在底板上，將通訊板、核心控制板通過板間插針與底板連接，并通過螺柱、螺母與底板固定。該方案無需通過背板進行板間通信，有效防止了信號之間的串擾，簡化了電路設計，提高了模擬采樣的精度和電路的穩(wěn)定性。同時省去了各電路板的面板設計和制造，使得控制箱的體積和成本也得到一定程度的縮減。

2硬件電路系統(tǒng)設計

該控制單元以DSP+FPGA的架構完成模擬信號、數(shù)字信號的采集、門極驅(qū)動的脈沖輸出、數(shù)字信號的輸出、通訊、故障存儲、保護等功能。FPGA和DSP共用雙向RAM，通過總線的形式對RAM進行操作，SPANTAN6上電后可自己從外部程序存儲FLASH引導程序，也可通過DSP進行串行引導。RS232通訊主要給日常軟件調(diào)試和連接上位機時使用。CAN通訊主要用于車上調(diào)試預留。系統(tǒng)外部輸入電源為DC110V，經(jīng)過EMC濾波以及浪涌抑制管等保護裝置，通過DC-DC電源模塊轉(zhuǎn)換為板內(nèi)所需的各種電壓類型。

摘要：主要介紹了Bode定理，以此為理論基礎，介紹了逆變器建模，電壓環(huán)反饋控制設計等。

關鍵詞：Bode定理；Bode圖；回路增益

1控制理論基礎

1．1回路增益

對于一般負反饋控制系統(tǒng)，其閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖1所示。閉環(huán)傳遞函數(shù)C（s)/R(s)=G(s)/[1+G(s)H(s)]，其特征方程式為F(s)=1＋G(s)H(s)=0，特征方程式的根即為系統(tǒng)的閉環(huán)極點。由此方程式可以看出G(s)H(s)項，其包含了所有關于閉環(huán)極點的信息，一般稱G(s)H(s)為回路增益。實際應用中，可通過對回路增益Bode圖的分析來設計系統(tǒng)的補償網(wǎng)絡，以達到閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。

1．2Bode定理

1引言

近年來，隨著我國城市人口的膨脹、國民經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)保節(jié)能理念的推進，軌道交通升溫已成為不爭的事實。軌道車輛按照其供給電壓有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在電力電子技術和微電子技術的強力支持下，交流傳動系統(tǒng)以其固有的優(yōu)越性，在軌道牽引領域、尤其是在地鐵等原來由直流電網(wǎng)供電的電動車組中的應用得到迅猛發(fā)展。本文以阿爾斯通公司的車輛為例，介紹用于地鐵、輕軌等的DC1500V供電的中壓牽引變頻器。

2系統(tǒng)構成

阿爾斯通ONIXTM驅(qū)動系統(tǒng)是一種標準化的驅(qū)動產(chǎn)品，主要包括ONIXTMIGBT變頻器、AGATE控制電子裝置和ONIXTM牽引電動機。如運行于上海明珠線的是阿爾斯通MetropolisTM列車。列車采用4動2拖編組方式，每輛動車裝備一套牽引變頻器。包括ONIXTM1500逆變器模塊、ONIXTM交流電機和AGATE控制電子裝置。系統(tǒng)結構如圖1所示。

高壓供電開關(HVSS):

三檔位置:位置P—牽引變頻器由接觸網(wǎng)供電;

摘要：介紹了采用實際控制器輸出的PWM開關邏輯信號定義正、負半橋開關函數(shù)，建立逆變器的Simulink實時模型。該模型既可實現(xiàn)電力驅(qū)動實時仿真系統(tǒng)中逆變器與電機模型的解耦，又可以確定逆變器開關死區(qū)時間。還給出了基于dSPACE實時仿真環(huán)境的逆變器-異步電機實時仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，針對開關頻率為1kHz的逆變器，采樣周期為11μs的實時仿真與仿真步長為100ns的離線仿真結果無明顯差別。

關鍵詞：逆變器開關函數(shù)實時仿真

在交通和某些工業(yè)領域中的電力驅(qū)動系統(tǒng)的研制過程中，直接使用實際電機系統(tǒng)對新的控制器進行測試，實現(xiàn)起來比較困難，而且費用較高。因此，需要介于離線仿真和實機試驗之間的逆變器-交流電機實時仿真器，與實際控制器硬件相連，在閉環(huán)條件下對實際控制器進行實時測試。由于這種實時仿真系統(tǒng)回路中有實際控制器硬件介入，因此被稱為硬件在回路仿真（Hardware-in-the-LoopSimulation）。

盡管在真實系統(tǒng)上進行試驗是必不可少的，但是由于采用實機難以進行極限與失效測試，而采用實時仿真器可以自由地給定各種測試條件，測試被測控制器的性能，因此實時仿真器可作為快速控制原型（RapidControlPrototyping）的虛擬試驗臺，在電機、逆變器、電源和控制器需要同時工作的并行工程中必不可少。

圖1電源-濾波-逆變器-交流電機系統(tǒng)

由于目前數(shù)字計算機處理速度的限制，不能實現(xiàn)亞微秒級物理模型實時仿真，需要對逆變器開關過程進行理想化處理，因此引入了離散事件系統(tǒng)。離散事件逆變器子系統(tǒng)與連續(xù)時間電機子系統(tǒng)耦合，使變流器-電機實時仿真器成為變因果和變結構系統(tǒng)。變因果是指離散開關事件發(fā)生前后，描述連續(xù)時間電機子系統(tǒng)的動態(tài)方程的輸入變量與輸出變量會變換位置；變結構是指在仿真進程中，離散開關事件引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使連續(xù)系統(tǒng)結構發(fā)生變化。因而需要對動態(tài)方程不斷地進行調(diào)整和初始化[1]。

1引言

近年來，隨著我國城市人口的膨脹、國民經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)保節(jié)能理念的推進，軌道交通升溫已成為不爭的事實。軌道車輛按照其供給電壓有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在電力電子技術和微電子技術的強力支持下，交流傳動系統(tǒng)以其固有的優(yōu)越性，在軌道牽引領域、尤其是在地鐵等原來由直流電網(wǎng)供電的電動車組中的應用得到迅猛發(fā)展。本文以阿爾斯通公司的車輛為例，介紹用于地鐵、輕軌等的DC1500V供電的中壓牽引變頻器。

2系統(tǒng)構成

阿爾斯通ONIXTM驅(qū)動系統(tǒng)是一種標準化的驅(qū)動產(chǎn)品，主要包括ONIXTMIGBT變頻器、AGATE控制電子裝置和ONIXTM牽引電動機。如運行于上海明珠線的是阿爾斯通MetropolisTM列車。列車采用4動2拖編組方式，每輛動車裝備一套牽引變頻器。包括ONIXTM1500逆變器模塊、ONIXTM交流電機和AGATE控制電子裝置。系統(tǒng)結構如圖1所示。

高壓供電開關(HVSS):

三檔位置:位置P—牽引變頻器由接觸網(wǎng)供電;

1引言

近年來，隨著我國城市人口的膨脹、國民經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)保節(jié)能理念的推進，軌道交通升溫已成為不爭的事實。軌道車輛按照其供給電壓有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在電力電子技術和微電子技術的強力支持下，交流傳動系統(tǒng)以其固有的優(yōu)越性，在軌道牽引領域、尤其是在地鐵等原來由直流電網(wǎng)供電的電動車組中的應用得到迅猛發(fā)展。本文以阿爾斯通公司的車輛為例，介紹用于地鐵、輕軌等的DC1500V供電的中壓牽引變頻器。

2系統(tǒng)構成

阿爾斯通ONIXTM驅(qū)動系統(tǒng)是一種標準化的驅(qū)動產(chǎn)品，主要包括ONIXTMIGBT變頻器、AGATE控制電子裝置和ONIXTM牽引電動機。如運行于上海明珠線的是阿爾斯通MetropolisTM列車。列車采用4動2拖編組方式，每輛動車裝備一套牽引變頻器。包括ONIXTM1500逆變器模塊、ONIXTM交流電機和AGATE控制電子裝置。系統(tǒng)結構如圖1所示。

高壓供電開關(HVSS):

三檔位置:位置P—牽引變頻器由接觸網(wǎng)供電;